Análise dinâmica do amortecimento em estruturas compostas com material viscoelástico

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

A influência do amortecimento viscoelástico na estabilidade aeroelástica de painéis aeronáuticos

Since the creation of supersonic vehicles, during the Second World War, the engineers have given special attention to the interaction between the aerodynamic efforts and the structures of the aircrafts due to a highly destructive phenomenon called flutter in aeronautical panel. Flutter in aeronautical panels is a self-excited aeroelastic phenomenon, which can occurs during supersonic flights due to dynamic instability of inertia, elastic and aerodynamic forces of the system. In the flutter condition, when the critical aerodynamic pressure is reached, the vibration amplitudes of the panel become dynamically unstable and increase exponentially with time, affecting significantly the fatigue life of the existing aeronautical components. Thus, in this paper, the interest is to investigate the possibility of reducing the effects of the supersonic aeroelastic instability of rectangular plates by applying passive constrained viscoelastic layers. The rationale for such study is the fact that as the addition of viscoelastic materials provides decreased vibration amplitudes it becomes important to quantify the suppression of plate flutter coalescence modes that can be obtained. Moreover, despite the fact that much research on the suppression of panel flutter has been carried out by using passive, semi-active and active control techniques, very few of them are adapted to deal with the problem of estimating the flutter speeds of viscoelastic systems, since they must conveniently account for the frequency- and temperature-dependent behavior of the viscoelastic material. In this context, two different model of viscoelastic material are developed and applied to the model of sandwich plate by using finite elements. After the presentation of the theoretical foundations of the methodology, the description of a numerical study on the flutter analysis of a three-layer sandwich plate is addressed.

Optimisation of viscoelastic treatments using genetic algorithms

Viscoelastic treatments are one of the most efficient treatments, as far as passive damping is concerned, particularly in the case of thin and light structures. In this type of treatment, part of the strain energy generated in the viscoelastic material is dissipated to the surroundings, in the form of heat. A layer of viscoelastic material is applied to a structure in an unconstrained or constrained configuration, the latter proving to be the most efficient arrangement. This is due to the fact that the relative movement of both the host and constraining layers cause the viscoelastic material to be subjected to a relatively high strain energy. There are studies, however, that claim that the partial application of the viscoelastic material is just as efficient, in terms of economic costs or any other form of treatment application costs. The application of patches of material in specific and selected areas of the structure, thus minimising the extension of damping material, results in an equally efficient treatment. Since the damping mechanism of a viscoelastic material is based on the dissipation of part of the strain energy, the efficiency of the partial treatment can be correlated to the modal strain energy of the structure. Even though the results obtained with this approach in various studies are considered very satisfactory, an optimisation procedure is deemed necessary. In order to obtain optimum solutions, however, time consuming numerical simulations are required. The optimisation process to use the minimum amount of viscoelastic material is based on an evolutionary geometry re-design and calculation of the modal damping, making this procedure computationally costly. To avert this disadvantage, this study uses adaptive layerwise finite elements and applies Genetic Algorithms in the optimisation process.

A influência dos fileres no comportamento viscoso dos mastiques betuminosos

As estradas têm vindo a sofrer um aumento de importância, sendo necessário aplicar pavimentos com melhores características, assim foram desenvolvidos os mastiques betuminosos. Os mastiques são misturas de betume com filer, este material tem propriedades melhoradas em relação ao betume puro. O betume é um material viscoelástico, o que leva a que a viscosidade seja uma propriedade de vital importância estudar. A junção de fileres ao betume promove um aumento de viscosidade, levando a que esta propriedade reológica tenha ainda mais importância, principalmente porque a trabalhabilidade da mistura betuminosa fica comprometida quando a viscosidade não é a correta. Na realização desta dissertação foram realizados ensaios em mastiques betuminosos, com recurso ao viscosímetro rotativo de Brookfield. Os mastiques ensaiados são compostos com fileres de diferentes origens e com diferentes taxas de incorporação, e assim foram analisadas as diferenças obtidas nos valores da viscosidade dinâmica. Os resultados obtidos mostram que os mastiques, à temperatura de fabrico, têm um comportamento viscoso idêntico ao comportamento viscoso do betume puro. Apesar dos mastiques produzidos terem uma viscosidade maior que a do betume puro, o valor desta propriedade reológica tende a igualar ao valor do betume, este comportamento observa-se nas temperaturas mais elevadas. Quando se examinam os resultados dos mastiques produzidos com menor quantidade de filer, na generalidade, os valores da viscosidade obtidos são idênticos. Para taxas de incorporação maiores, os valores da viscosidade dinâmica dos mastiques produzidos são bastante mais altos e distintos. Levando a concluir que quanto maior a percentagem de filer no mastique, maior o valor da viscosidade e maior dispersão dos resultados obtidos, isto para os fileres e taxas de incorporação testadas.

Fluência de materiais

A presente dissertação apresenta uma abordagem ao tema Fluência, com um desenvolvimento geral para quatro materiais: madeira, alumínio, betão e aço. No entanto, particularizou-se este estudo apenas para dois destes materiais, a madeira e o alumínio. A madeira é um material viscoelástico, logo fortemente influenciado quando submetido a uma ação constante (Fluência) sendo agravada com alterações do teor em água. Iniciou-se o estudo, com uma introdução aos objetivos principais e a revisão teórica do conhecimento da propriedade mecânica (Fluência). Efetuou-se o estudo inicial para os quatro materiais indicados. Posteriormente, fez-se avaliação do efeito mecânico sortivo durante 60 dias com sete ciclos, em provetes de dimensões 20 x 20 x 400 mm3 (escala 1:10) de madeira de Eucalyptus globulus Labill. Recorrendo ao levantamento de um conjunto de modelos numéricos, procedeu-se ao ajuste e extrapolação do comportamento, em Fluência, para distintos períodos de tempo (1, 10 e 50 anos). Os resultados obtidos demonstraram que a madeira de Eucalipto não apresenta um limite no seu comportamento em Fluência, logo instável para os 60 dias de duração de ensaio. Os diferentes modelos de Fluência (x6) apresentaram uma variabilidade crescente de resultados, de acordo com o aumento de extrapolação dos resultados. Para a espécie de madeira de Eucalipto constatou-se ainda, que o ajuste e extrapolação de deformação para 50 anos ultrapassaram os valores sugeridos pelo Eurocódigo 5. A última parte deste trabalho, incidiu sobre o desenvolvimento da metodologia do ensaio em flexão de 3 provetes de alumínio similares, cujas dimensões eram de 20 x 20 x 400mm3. O objetivo desta metodologia foi avaliar o seu comportamento em Fluência. Numa primeira fase, foi aplicada uma carga contante de 160 kN. E numa segunda fase, foi aplicada o dobro dessa carga sujeita adicionalmente a uma temperatura bastante superior à temperatura ambiente (a rondar os 50 oC). Conclusivamente verificou-se que o alumínio não apresenta deformação por Fluência, para as condições de ensaio apresentadas.

Desenvolvimento de dispositivos para realização de testes in vitro em coluna vertebral

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle de vibração em reatores elétricos através de absorvedores dinâmicos viscoelásticos

Reatores elétricos utilizados em subestações de energia têm funções específicas na operacionalização e manutenção da funcionalidade destas instalações, sendo equipamentos aplicados ao controle de reativos, de correntes de curto circuito e surtos de manobra em sistemas de transmissão de energia elétrica. Detectou-se que alguns reatores em funcionamento apresentaram elevados níveis de vibração estrutural. Dois destes reatores operam na subestação da cidade de Rurópolis, situada a oeste do estado do Pará. Outro problema decorrente do elevado nível de vibração destas estruturas é a geração de pontos quentes no núcleo eletromagnético do reator, podendo gerar bolhas de gases altamente inflamáveis. A existência destes problemas operacionais pode ocasionar ao Sistema de Transmissão do Norte do Brasil interrupções na transmissão de energia elétrica. Isto geraria na região Norte e em outras interligadas (Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste) elevados prejuízos sociais e financeiros. A aplicação de ferramentas para a minimização do problema vibro-acústico (redução dos níveis vibração e, por conseguinte, ruído) pode evitar danos estruturais e operacionais que resultem na sua indisponibilidade operativa reduzindo, conseqüentemente, perdas e a necessidade do desenvolvimento de equipamentos de custo elevado com baixos índices de vibração. No intuito de se reduzir tais níveis, propõe-se à aplicação de absorvedores dinâmicos na estrutura externa dos reatores. Uma vez dimensionados em quantidade, posição e parâmetros definidores (massa, rigidez e amortecimento) espera-se criar um sistema, que sintonizado com a freqüência da excitação de natureza eletromagnética, absorverá parte da energia vibratória do reator, minimizando-se, os elevados índices detectados e, por conseqüência, todos os problemas subseqüentes. São indicados compostos viscoelásticos nos absorvedores dinâmicos (com propriedades dinâmicas dependentes tanto da temperatura como da freqüência de trabalho), em virtude de estes materiais aumentarem o campo de ação dos absorvedores, adequando-se à elevada densidade modal verificada nas chaparias metálicas do reator.

Análise dinâmica em vigas compostas com amortecimento utilizando o método dos elementos espectrais e elementos finitos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)